Elemente im Periodensystem: Eigenschaften und Klassifizierung

Elemente im Periodensystem: Eine Übersicht

Elemente sind Stoffe, die aus einer einzigen Klasse von Teilchen, den sogenannten Atomen, bestehen. Atome haben einen Kern, in dem sich Protonen und Neutronen befinden, während Elektronen den Kern umkreisen.

Vorkommen von Elementen

- Elemente in der Geosphäre: Etwa 20% der Elemente kommen frei (nicht kombiniert) vor, die meisten jedoch in verschiedenen Verbindungen.

- Elemente in Lebewesen:

Makro- und Mikronährstoffe

* Makronährstoffe: Zu den wichtigsten gehören C, H, O, N, P und S. Sie sind grundlegende Elemente für die Bildung von Kohlenhydraten, Lipiden, Proteinen, Nukleinsäuren und anderen organischen Verbindungen.

* Mikronährstoffe: Dazu gehören Fe, Mn, B, Zn, Cu und andere. Sie werden in winzigen Mengen benötigt, abhängig vom Organismus.

Giftige Elemente

- Elemente giftig für den Körper: Einige Elemente sind aufgrund ihrer Beschaffenheit oder ihres übermäßigen Verzehrs giftig für den Körper. Schwere Elemente wie Blei, Arsen und Quecksilber sind giftig, weil sie das normale Funktionieren der Proteine hemmen, da diese dadurch beschädigt werden. Blei beispielsweise wird leicht vom menschlichen Körper absorbiert, ist aber sehr schwer zu entfernen.

Physikalische und mechanische Eigenschaften von Elementen

* Härte: Der Oberflächenwiderstand eines Elements gegen das Zerkratzen durch andere Materialien. Einige Elemente sind so weich, dass sie mit dem Fingernagel zerkratzt werden können.

* Formbarkeit: Die Leichtigkeit, mit der einige Metalle in dünne Bleche geschnitten werden können, ohne zu brechen, wie z.B. Aluminium, dessen Bleche zur Verpackung von Lebensmitteln verwendet werden.

* Duktilität: Die Fähigkeit einiger Metalle, zu dünnen Fäden oder Drähten geformt zu werden, ohne zu brechen, wie im Fall von Kupferleitungen für die elektrische Leitung.

Variation der Eigenschaften von Metallen und Nichtmetallen

Die Eigenschaften variieren je nach Ordnungszahl, Periode, Gruppe und Familie, zu der sie gehören.

* Innerhalb einer Periode: Der metallische Charakter der Elemente nimmt mit zunehmender Ordnungszahl von links nach rechts ab.

* Innerhalb einer Gruppe oder Familie: Der metallische Charakter nimmt im Allgemeinen von oben nach unten mit wachsender Ordnungszahl zu.

Klassifizierung der Metalle im Periodensystem

* Alkalimetalle: Gehören zur Gruppe I, Familie A. Sie bestehen aus sechs Elementen: Li, Na, K, Rb, Cs und Fr; Wasserstoff ist nicht in dieser Gruppe enthalten. Diese Elemente sind metallisch, haben eine niedrige Dichte, sind weich, haben einen relativ niedrigen Schmelzpunkt und sind im Vergleich zu anderen Metallen hochreaktiv.

* Erdalkalimetalle: Gehören zur Gruppe II, Familie A. Calcium, Strontium und Barium wurden seit der Antike als alkalisch bezeichnet, da die Alkalihydroxide als starke Basen und ihre Oxide als Erden bekannt waren. Sie sind in Wasser schwer löslich, weniger reaktiv als Alkalimetalle, aber dichter und härter, und haben einen höheren Schmelzpunkt.

* Übergangsmetalle: Dazu gehören Au, Ag, Fe, Ni, Zn und Cu, sowie einige Edelmetalle. Sie haben eine hohe Dichte und einen hohen Schmelzpunkt, außer Hg, sowie eine unterschiedliche chemische Reaktivität.

* Interne Übergangsmetalle: Sie sind eine Teilmenge der Übergangsmetalle und gehören zu zwei Serien: Lanthaniden und Actiniden. Die Lanthaniden sind in der Regel weich, grau und gute elektrische Leiter, ähnlich wie Lanthan. Die Actiniden sind radioaktiv und haben ähnliche Eigenschaften wie Actinium. Die Actiniden mit Ordnungszahlen größer als Uran sind natürlich radioaktiv, da sie leicht zerfallen.

Nichtmetalle und Halbmetalle

* Nichtmetalle: Sie sind das Gegenteil der Metalle und kommen in der Natur in Verbindung mit anderen Elementen in Form von Mineralien vor, und nur wenige, wie Gold, in freiem Zustand. Zu den Halbmetallen gehören B, Si, Ge, As, Sb, Te, Po und At.

Metalle und Metallurgie

Die meisten Metalle kommen in der Natur in Verbindung mit anderen Elementen in Form von Mineralien vor, aber einige wenige werden in freiem Zustand gefunden.

Chemische Eigenschaften der Metalle

* Basische Oxidbildung: Tritt auf, wenn ein Metall mit Sauerstoff reagiert, wie z.B. Eisen bei der langsamen Oxidation.

* Bildung von Natronlauge: Tritt auf, wenn ein Alkalimetall mit Wasser reagiert. Dies ist eine sehr heftige Reaktion für diese Metalle, vor allem im Fall von Natrium, das Natriumhydroxid bildet.

* Salzbildung: Tritt auf, wenn ein Metall mit einer Säure reagiert und Wasserstoffgas freisetzt. Die Alkalimetalle reagieren explosionsartig mit Säuren, daher sollte dies vermieden werden.

Einteilung der Nichtmetalle im Periodensystem

* Die Kohlenstoffgruppe: In dieser Gruppe können sich die Eigenschaften von nichtmetallisch zu metallisch ändern, was bedeutet, dass sie von oben nach unten zunehmen, wenn die Anzahl der Atome wächst.

* Die Stickstoffgruppe: Beinhaltet die Nichtmetalle Stickstoff und Phosphor, die Halbmetalle Arsen und Antimon, sowie das Metall Bismut. Stickstoff und Phosphor sind sehr wichtige Nichtmetalle in der Natur und bilden eine Vielzahl von Verbindungen.

* Die Sauerstoffgruppe: Beinhaltet die Nichtmetalle Sauerstoff, Schwefel, Selen, das Halbmetall Tellur und das Metall Polonium. Sauerstoff ist das häufigste Element in der Natur und bildet eine Vielzahl von Verbindungen, da es mit Metallen und Nichtmetallen reagieren kann.

* Die Halogengruppe: Beinhaltet die Nichtmetalle Fluor, Chlor, Brom und Jod, sowie das Metall Astat. Letzteres wurde 1940 künstlich hergestellt, ist radioaktiv und wenig bekannt. Die Halogene sind sehr reaktiv, vor allem mit Alkalimetallen.

* Die Edelgase oder Inertgase: Umfassen nur Nichtmetalle, wie Helium, Neon, Argon, Krypton, Xenon und Radon. Nur wenige Verbindungen wurden im Jahr 1962 synthetisiert, obwohl einige von Xenon, Krypton und Radon mit Fluor oder Sauerstoff bekannt sind.